intTypePromotion=1
ADSENSE

Ảnh hưởng của một số thông số công nghệ đến chi phí năng lượng riêng của máy trộn hạt gỗ nhựa Leistritz

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

4
lượt xem
1
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết Ảnh hưởng của một số thông số công nghệ đến chi phí năng lượng riêng của máy trộn hạt gỗ nhựa Leistritz giới thiệu kết quả nghiên cứu xác định ảnh hưởng của một số thông số công nghệ chế độ trộn tạo hạt gỗ nhựa đến chi phí năng lượng riêng trên thiết bị thông dụng là máy trộn Leistritz.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Ảnh hưởng của một số thông số công nghệ đến chi phí năng lượng riêng của máy trộn hạt gỗ nhựa Leistritz

  1. Công nghiệp rừng ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG RIÊNG CỦA MÁY TRỘN HẠT GỖ NHỰA LEISTRITZ Hoàng Việt TS. Trường Đại học Lâm nghiệp TÓM TẮT Nghiên cứu công nghệ, kỹ thuật sản xuất vật liệu gỗ nhựa ở nước ta đang rất được quan tâm. Bài báo này giới thiệu kết quả nghiên cứu xác định ảnh hưởng của một số thông số công nghệ chế độ trộn tạo hạt gỗ nhựa đến chi phí năng lượng riêng trên thiết bị thông dụng là máy trộn Leistritz. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đã xác định các phương trình toán học biểu thị ảnh hưởng của ba thông số công nghệ cơ bản của chế độ trộn là nhiệt độ trộn T, thời gian trộn t, tốc độ quay trục vít trộn n tới chi phí năng lượng riêng Ar. Từ phân tích lý thuyết và tổng hợp kết quả thực nghiệm đã xác lập và đề xuất các thông số chế độ trộn hợp lý tạo hạt gỗ nhựa từ nguyên liệu bột gỗ cao su và hạt nhựa Polypropylen 348 (PP348) trên máy trộn Leistritz: T = 169,80C; t = 9,9 ph; n = 50,3 v/ph. Khi đó đảm bảo mục tiêu tối giảm chi phí năng lượng riêng và đáp ứng yêu cầu cao về độ đồng đều của sản phẩm trộn. Kết quả này cũng có thể áp dụng vào thực tế cho các thiết bị trộn có tính năng công nghệ tương đồng với máy trộn Leistritz, góp phần nâng cao hiệu quả sản xuất. Từ khóa: Chế độ trộn, gỗ nhựa, năng lượng riêng, nhiệt độ trộn, thời gian trộn, thực nghiệm. I. ĐẶT VẤN ĐỀ được thực hiện ở điều kiện sản xuất cụ thể (công nghệ và thiết bị hiện hữu) với mục tiêu Nghiên cứu tạo vật liệu mới từ các loại gỗ xác định được tương quan định lượng ảnh rừng trồng mọc nhanh đã và đang rất được hưởng của một số thông số công nghệ thuộc quan tâm trên thế giới, đặc biệt đối với Việt chế độ trộn hạt gỗ nhựa đến chi phí năng lượng Nam nước ta hiện nay là hướng đi phù hợp, là riêng của máy trộn Leistritz, trên cơ sở đó đề yêu cầu lớn được đặt ra từ thực tế sản xuất, từ mục tiêu chiến lược của sự nghiệp Công xuất chế độ trộn hợp lý đảm bảo góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế cho sản xuất. nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước. Ở lĩnh vực gỗ nhựa việc nghiên cứu công nghệ, nghiên II. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP cứu xác định các đặc tính vật liệu, các thông số NGHIÊN CỨU chế độ gia công tạo sản phẩm chất lượng cao 2.1. Nội dung, đối tượng và nguyên vật liệu có vai trò quyết định đến sự phát triển và hoàn nghiên cứu thiện các quá trình công nghệ tạo vật liệu gỗ Để đạt được mục đích đề ra, những nội phức hợp; là cơ sở cho định hướng sử dụng hiệu quả cao tài nguyên rừng và từng bước chủ dung chính được nghiên cứu thực hiên gồm: động nguồn nguyên liệu trong nước. Thực tế, Tổng hợp cơ sở lý luận về cơ chế trộn vật liệu hiện nay ở nước ta những nghiên cứu về tối ưu rời, phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến chi phí hóa quá trình sản xuất gỗ nhựa còn nhiều hạn năng lượng riêng của máy trộn và độ trộn đều chế, các cơ sở sản xuất vận hành thiết bị chủ của vật liệu; Nghiên cứu thực nghiệm, xác lập yếu theo kinh nghiệm, nên sức cạnh tranh của mối tương quan giữa các thông số công nghệ sản phẩm và hiệu quả kinh tế không cao. (nhiệt độ trộn, thời gian trộn, tốc độ quay trục vít trộn) đến chi phí năng lượng riêng của máy Giải quyết vấn đề trên là dung lượng lớn và trộn, từ cơ sở đó xác định các thông số công cần được thực hiện từng nội dung theo qui nghệ tối ưu đảm bảo tối giảm chi phí năng hoạch động quá trình sản xuất. Nghiên cứu TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 3-2015 95
  2. Công nghiệp rừng lượng riêng và độ trộn đều cao của vật liệu. phần mềm Excel và chương trình xử lý số liệu đa yếu tố trên máy vi tính. - Nguyên liệu: Bột gỗ từ gỗ cao su có đường kính hạt gỗ nhỏ (d ≤ 0.5mm), độ ẩm 3 – 5%; - Dụng cụ đo: Đo công suất tiêu thụ điện Hạt nhựa Polypropylen 348 (PP348); Chất trợ bằng thiết bị mã hiệu Fluke sản xuất tại Mỹ; tương hợp Polypropylen ghép Anhydrid Maleic Đồng hồ bấm giây; Nhiệt kế hiển thị số; Thiết (PP-g-AM). bị đo tốc độ quay DT-2236 (Lutron) sản xuất tại Đài Loan; Cân trọng lượng sai số ± 0,5g. - Thiết bị: Máy trộn hạt gỗ nhựa Leistritz (CHLB Đức), thiết bị này đang được sử dụng - Xác định chi phí năng lượng riêng: nhiều ở trong nước. Chi phí năng lượng riêng là lượng công suất - Các thông số điều khiển: Các thông số tiêu thụ trên một đơn vị trọng lượng sản phẩm điều khiển chính là các thông công nghê cơ trộn được trong một khoảng thời gian và được bản của quá trình trộn gồm nhiệt độ trộn T, tính theo công thức: thời gian trộn t và tốc độ quay trục vít trộn n. N .t Ar  (1) - Hàm mục tiêu: Chi phí năng lượng riêng q Ar - thông số đặc trưng cho chỉ tiêu kinh tế - kỹ Trong đó, Ar - chi phí năng lượng riêng, thuật của quá trình trộn. (Wh/kg); N - công suất trộn, (W); q - lượng sản 2.2. Phương pháp nghiên cứu phẩm trộn được, (kg); t - thời gian trộn, phút. - Phương pháp kế thừa: Sử dụng cơ sở lý III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN thuyết của quá trình trộn vật liệu rời, những kết 3.1. Kết quả thực nghiệm đơn yếu tố quả nghiên cứu về vật liệu composite gỗ - nhựa trên thế giới và trong nước phục vụ giải quyết a. Ảnh hưởng của nhiệt độ trộn T đến chí phí nội dung thực nghiệm, nhận xét đánh giá kết quả. năng lượng riêng Ar - Phương pháp thực nghiệm: Thí nghiệm dược tiến hành với trình tự thay đổi nhiệt độ buồng trộn ở 5 mức: 160, 165, + Nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố với 170, 175, 180 0C; thời gian trộn t = 8 phút; số mục tiêu xác định ảnh hưởng riêng của từng vòng quay trục vít n = 50 v/ph. Từ kết quả thí thông số điều khiển đến hàm mục tiêu, qua đó nghiệm và xử lý số liệu bằng phần mềm ứng xác định được khoảng biến thiên và khoảng dụng nhận được kết quả sau: nghiên cứu thích hợp cho mỗi thông số làm cơ sở cho thực nghiệm đa yếu tố. - Mô hình hồi qui: + Thực nghiệm đa yếu tố trong nghiên cứu Ar  31371.812  334.227T  0.991T 2 (2) lựa chọn quy hoạch thực nghiệm bằng phương - Đồ thị tương quan giữa chi phí năng lượng pháp kế hoạch hóa trung tâm hợp thành trực riêng và nhiệt độ trộn xây dựng được như trên giao với các yếu tố đầy đủ. Xử lý số liệu thí hình 1. nghiệm xác định các tương quan toán học bằng 96 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 3-2015
  3. Công nghiệp rừng Chi phí năng lượng riêng Ar ,Wh/kg 0 Nhiệt độ trộn T, C Hình 1. Đồ thị tương quan giữa chi phí năng lượng riêng Ar và nhiệt độ trộn T Thông qua số liệu kiểm tra, căn cứ vào Thí nghiệm được tiến hành với trình tự thay phương trình tương quan và đồ thị biểu diễn đổi nhiệt độ buồng trộn ở 5 mức: 4, 6, 8, 10, 12 mối quan hệ giữa nhiệt độ trộn với chi phí ph; nhiệt độ trộn giữ ở 170 0C; số vòng quay năng lượng riêng (hình 1) cho thấy: Tương trục vít n = 50 v/ph. Từ kết quả thí nghiệm và xử quan giữa nhiệt độ trộn với chi phí năng lượng lý số liệu bằng phần mềm ứng dụng nhận được riêng cả máy trộn theo quy luật phi tuyến. Chi kết quả sau: phí năng lượng riêng giảm mạnh khi nhiệt trộn T tăng từ 160 – 170 0C, ở khoảng nhiệt độ từ - Mô hình hồi qui: 170 – 174 0C chi phí năng lượng riêng giảm Ar  232.156  253.063t  4.274t 2 (3) chậm và tăng khi nhiệt độ trộn tăng lên quá 175 0C . - Đồ thị tương quan giữa chi phí năng lượng b. Ảnh hưởng của thời gian trộn t đến chí phí riêng và thời gian trộn xây dựng được như trên năng lượng riêng Ar hình 2. Chi phí năng lượng riêng Ar ,Wh/kg Thời gian trộn t, ph Hình 2. Đồ thị tương quan giữa chi phí năng lượng riêng Ar và thời gian trộn t TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 3-2015 97
  4. Công nghiệp rừng Từ kết quả thực nghiệm cho thấy chi phí - Mô hình hồi qui: năng lượng riêng của máy trộn tăng tỷ lệ với Ar  1619.597  22.102n  0.389n 2 (4) thời gian trộn và quy luật tương quan trong - Đồ thị tương quan giữa chi phí năng lượng khoảng nghiên cứu là phi tuyến. riêng và tốc độ quay trục vít trộn xây dựng c. Ảnh hưởng của tốc độ quay trục vít trộn n được như trên hình 3. đến chí phí năng lượng riêng Ar Thông qua số liệu kiểm tra, căn cứ vào Thí nghiệm dược tiến hành với trình tư thay đổi phương trình tương quan và đồ thị biểu diễn tốc độ quay trục vít trộn ở 5 mức: 40, 45, 50, 55, 60 mối quan hệ giữa nhiệt độ trộn với chi phí v/ph; nhiệt độ trộn giữ ở 170 0C; thời gian trộn 8 năng lượng riêng (hình 3), cho thấy chi phí năng lượng riêng của máy trộn tăng tỷ lệ với ph. Từ kết quả thí nghiệm và xử lý số liệu bằng tốc độ quay trục vít trộn và quy luật tương phần mềm ứng dụng nhận được kết quả sau: quan trong khoảng nghiên cứu là phi tuyến. Chi phí năng lượng riêng Ar ,Wh/kg Tốc độ quay trục vít trộn n, v/ph Hình 3. Đồ thị tương quan giữa chi phí năng lượng riêng Ar và tốc độ quay trục vít trộn n Nhận xét chung: Các thông số công nghệ độ trộn, chi phí năng lượng riêng của máy trộn cơ bản của chế độ trộn là nhiệt độ trộn, thời là từ 700 – 2200 Wh/kg. gian trộn và vận tốc quay trục vít trộn có ảnh 3.2. Kết quả thực nghiệm đa yếu tố hưởng lớn tới chi phí năng lượng riêng của Kết quả thực nghiệm đơn yếu tố cho máy. Qua các số liệu thực nghiệm và đồ thị thấy ảnh hưởng của từng thông số: T, t và trên các hình 1, 2, 3, ta có thể nhận thấy chi phí n vào hàm mục tiêu A r là phi tuyến, theo năng lượng riêng tỷ lệ nghịch với nhiệt độ trộn đó chúng tôi không tiến hành quy hoạch thực trong khoảng T tăng từ 160 – 174 0C, khi nhiệt nghiệm bậc nhất mà thực hiện ngay quy hoạch độ trộn tăng quá từ 175 0C chi phí năng lượng thực nghiệm bậc hai theo phương án trung tâm riêng lại tăng tỷ lệ với nhiệt độ trộn. Chi phí hợp thành trực giao. Vùng nghiên cứu, mức thí năng lượng riêng tăng tỷ lệ thuận với chiều nghiệm và giá trị mã hoá của thông số đầu vào tăng của thời gian trộn và tốc độ quay trục vít (thông số điều khiển) được lựa chọn có tính trộn, tuy nhiên các quy luật này là phi tuyến. đến yêu cầu về độ đồng đều của sản phẩm trộn Trong khoảng nghiên cứu của các thông số chế như giới thiệu ở bảng 1. 98 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 3-2015
  5. Công nghiệp rừng Bảng 1. Giá trị mã hóa và thực nghiệm của các thông số đầu vào Mức Khoảng biến Thông số Ký hiệu Đơn vi -1 0 +1 thiên 0 Nhiệt độ trôn X1 C 160 170 180 10 Tốc độ trục vít X2 v/phút 40 50 60 10 Thời gian trôn X3 phút 4 8 12 4 Thí nghiệm được tiến hành theo ma trận được các hệ số và phương trình dạng mã của trung tâm hợp thành trực giao 3 thông số. Sử hàm chi phí năng lượng riêng: dụng phần mềm qui hoạch thực nghiệm ta tính Ar  112112.071  1275.347 X 1  3.804 X 12  591.501X 2  0.681 X 1 X 2  32.712 X 22  243.404 X 3  0.374 X 3 X 1  0.113 X 3 X 2  3.135 X 32 (5) Sau khi thực hiện các phép kiểm tra tính thay các giá trị X1; X2; X3 bằng các biến T; n; đồng nhất của phương sai, kiểm tra mức ý t, theo công thức sau: nghĩa của các hệ số mô hình toán, kiểm tra tính xi  xio tương thích của mô hình, kiểm tra khả năng Xi  (6) xi làm việc của mô hình cho thấy: phương sai của Ở đây: xi - giá trị thực của biến Xi; xio - giá thí nghiệm là đồng nhất, mô hình (4) là tương trị thực của biến Xi ở mức “ 0 ”;  xi - số gia thích và là hữu ích trong sử dụng. (khoảng biến thiên) của biến Xi. Sau khi tính Chuyển phương trình hồi qui về dạng thực. toán nhận được phương hồi qui dạng thực của Để chuyển phương trình (4) về dạng thực ta hàm chi phí năng lượng riêng: Ar  1229.830  92.131T  0.038T 2  90.727 n  0.007 nT  0.372 n 2  57.575t  5.085tT  0.03tn  196t 2 (7) 3.3. Đề xuất các thông số công nghệ chế độ được chi phí năng lượng riêng nhỏ nhất Ar = trộn hợp lý 1610,4 (Wh/kg) khi nhiệt độ trộn T = 169,8 (0C), thời gian trộn t = 9,9 (phút) và tốc độ trục Chế độ trộn hợp lý là chế độ với các thông vít n = 50,3(v/ph). số T, n và t được xác định tương ứng để hàm mục tiêu (7) đạt cực tiểu trong các điều kiện: Kết quả khảo nghiệm máy theo các thông số công nghệ chế độ trộn tìm được cho thấy sai số - Độ trộn đều của sản phẩm đáp ứng yêu về chi phí năng lượng riêng so với bài toán tìm cầu sản xuất H = f(T,n,t) ≥ 90 %; cực trị không quá 5%. Như vậy, bộ thông số - Các điều kiện biên: 160 0C ≤ T ≤ 180 0C; công nghệ chế độ trộn hạt gỗ nhựa trên máy 40 v/ph ≤ n ≤ 60 v/ph; 4 ph ≤ t ≤ 12 ph; Leistritz như đã nêu trên là hợp lý. - Khối lượng thể tích sản phẩm đáp ứng: IV. KẾT LUẬN 3 γ = 0,86 – 0,98 g/cm . - Từ nghiên cứu cơ sở khoa học về công Bài toán được giải theo phương pháp khảo nghệ tạo gỗ nhựa, về cơ chế trộn vật liệu rời đã sát cực trị của hàm nhiều biến. Kết quả nhận phân tích và tổng hợp được các thông số công TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 3-2015 99
  6. Công nghiệp rừng nghệ cơ bản của chế độ trộn và sự tác động phí năng lượng riêng và đáp ứng yêu cầu cao tương hỗ giữa chúng trong quá trình trộn tạo về độ đồng đều của sản phẩm trộn. Kết quả hạt gỗ nhựa là nhiệt độ trộn T, thời gian trộn t này cũng có thể áp dụng vào thực tế cho các và tốc độ quay trục vít máy trộn n. thiết bị trộn có tính năng công nghệ tương đồng với máy trộn Leistritz. - Bằng nghiên cứu thực nghiệm đã xây dựng được các công thức thực nghiệm xác V. TÀI LIỆU THAM KHẢO định ảnh hưởng của các thông số chế trộn lựa 1. Phạm Văn Lang, Bạch Quốc Khang (1998), Cơ sở lý chọn nghiên cứu đến chỉ tiêu đặc trưng quan thuyết quy hoạch thực nghiệm và ứng dụng trong kỹ thuật nông trọng về kinh tế - kỹ thuật là chi phí năng nghiệp, Nxb. Nông nghiệp, Hà Nội. lượng riêng cho thiết bị trộn – các công thức 2. Phạm Ngọc Lân (2006), Vật liệu Polymer phân (2), (3) và (4). Những kết quả này là cơ sở hủy sinh học, Nxb. Bách Khoa, Hà Nội. quan trọng phục vụ giải bài toán tối ưu hoá xác 3. Hoàng Việt (2012), Nghiên cứu tối ưu hóa quá định các thông số tối ưu cho quá trình trộn đảm trình phay bào gỗ, Báo cáo kết quả đề tài khoa học, bảo nâng cao hiệu quả sản xuất. Trường đại học Lâm nghiệp, HN. 4. Anatole Klyosov (2005), Wood plastic - Đã xác lập và đề xuất được bộ các thông composites, Wiley – interscience, A John Wiley & Sons, số công nghệ chế độ trộn hợp lý tạo hạt gỗ INC, Publication. nhựa từ nguyên liệu bột gỗ cao su và hạt nhựa 5. Gi Young Jeong (2005), Fracture Behavior of Polypropylen 348 (PP348) trên máy trộn Wood Plastic Composite (WPC), Chonnam National Leistritz, khi đó đảm bảo mục tiêu tối giảm chi University, August. THE INFLUENCE OF SOME TECHNOLOGICAL PARAMETERS TO SPECIFIC ENERGY COST OF WOOD PLASTIC COMPOSITE MIXER LEISTRITZ Hoang Viet SUMMARY Technology research, engineering manufacturing wood plastic composite (WPC) materials in our country is very interesting. This article introduces the research results of a study to determine the influence of some technological parameters of mixing regime make WPC to specific energy cost on the common equipment are mixer Leistritz. Empirical research results have identified the mathematical equations indicate the influence of three basic technological parameters of mixing regime are mixing temperature T, mixing time t, speed rotary mixing screw n to specific energy cost Ar. From theoretical analysis and synthesis experimental results has established and recommendations a set of parameters reasonable mixing regime make WPC from raw materials rubber wood pulp and Polypropylen 348 (PP348) on mixer Leistritz: T = 169,80C; t = 9.9 Min; n = 50.3 RPM. While ensuring minimum target specific energy costs and meet the high demands on the homogeneity of the product. This result may also be applied in reality for equipment, these’re have technology features homologous to mixer Leistritz, contribute to improving the production efficiency. Keywords: Experimentanlize, mixing regime, mixing temperature, mixing time, specific energy, WPC. Người phản biện : PGS.TS. Vũ Huy Đại Ngày nhận bài : 19/5/2015 Ngày phản biện : 10/6/2015 Ngày quyết định đăng : 15/9/2015 100 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 3-2015
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2